Структурный анализ и синтез рычажных механизмов
В.Ю. Лавров
Теория механизмов и машин
Курс лекций
Санкт-Петербург
2 0 0 0
Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Балтийский государственный технический университет
Кафедра прикладной механики
В.Ю. Лавров
Теория механизмов и машин
Курс лекций
Санкт-Петербург
2 0 0 0
УДК 621.01
Теория механизмов и машин: Курс лекций / В. Ю. Лавров; Балт. гос. техн. ун. СПб, 2000, 170 с.
Приводится полный текст курса лекций для чтения таких дисциплин, как ТММ, механика машин и им родственным. Рассматриваются вопросы структуры и кинематики механизмов, а также динамики машин с абсолютно жесткими и упругими звеньями. Рассматриваются вопросы проектирования рычажных, кулачковых и зубчатых механизмов.
Курс рассчитан на 72 часа аудиторных занятий. Предполагается, что кроме лекций предусмотрены практические занятия и курсовой проект.
Предназначено для студентов механических, машиностроительных, приборостроительных специальностей и специальностей промышленного менеджмента.
Ил. 133 . Библиогр.: 19 назв.
ã 2000
Введение
Теория машин и механизмов (ТММ) занимается изучением машин и механизмов на уровне их схем, т.е. без детального рассмотрения подробностей конструктивной реализации. В дальнейшем мы будем использовать различные виды схем. Среди них будем различать: структурные схемы – они могут выполняться без соблюдения масштаба и показывают лишь взаимосвязи между отдельными частями машины или механизма; кинематические схемы – выполняются с соблюдением масштаба.
|
|
Дадим некоторые самые общие определения.
Механизм – это система тел, предназначенная для преобразования движения одних тел в требуемые движения других тел. При этом под телами подразумевают твердые или деформируемые тела, то не жидкости и не газы. На рис. В.1а представлен пример механизма, преобразующего вращательное движение кривошипа 1 в возвратно-поступательное движение ползуна 3.
Термин “машина” в зависимости от контекста может иметь разный смысл. Например, говорят “электрическая машина”, имея в виду электродвигатель или генератор. В ТММ в термин “машина” вкладывается другой смысл.
Машинный агрегат (рис. В.1б) – это совокупность двигателя (Д), передаточного (ПМ) и исполнительного (ИМ) механизмов. Машинный агрегат – это уже простейший вид машины. В общем же случае машина – это совокупность машинных агрегатов, работающих как одно целое.
Все задачи, которые мы будем в дальнейшем рассматривать, можно подразделить на две категории (рис. В.1в):
|
|
1. Машина уже существует (хотя бы в проекте) и надо выяснить – удовлетворяет ли она тем требованиям, которые к ней предъявляются. Это задачи анализа.
2. Существует совокупность требований, предъявляемых к машине или механизму, надо создать такую машину или механизм, который отвечал бы указанным требованиям. Это задачи синтеза.
Задачи анализа, как правило, решаются однозначно. Задачи же синтеза гораздо сложнее и часто имеют несколько решений. Более того, для синтеза механизма или машины часто требуется пройти несколько циклов “синтез – анализ”. Для того, чтобы можно было пройти достаточно большое количество таких циклов и найти оптимальные решения требуются системы автоматизированного проектирования, реализующие на компьютерах все требуемые расчеты и проектные операции. ТММ изучает самые общие закономерности, лежащие в основе перечисленных задач.
Данная работа является именно конспектом лекций, а не учебником по ТММ. Поэтому здесь, как правило, не приводятся исчерпывающие классификации, а только примеры. При решении задач рассматриваются не все возможные расчетные случаи, а только основные. Предполагается, что читатель будет знакомиться с указанной литературой, а подробные примеры будут рассмотрены на практических занятиях.
|
|
Глава 1
Структурный анализ и синтез рычажных механизмов
В этой главе рассматриваются основные понятия, относящиеся к строению механизмов.
Основные определения
Звено – это деталь или группа деталей, соединенных между собой неподвижно, т.е. звено представляет собой одно твердое тело. На рис. В.1а представлен пример четырехзвенного механизма, где 1 – кривошип, 2 – шатун, 3 – ползун, 4 – стойка.
В механизмах звенья образуют друг с другом подвижные соединения. Подвижное соединение двух звеньев называется кинематической парой. В примере на рис. В.1а звенья образуют четыре кинематические пары: 1 – кривошип со стойкой (вращательная), 2 – кривошип с шатуном (вращательная), 3 – шатун с ползуном (вращательная), 4 – ползун со стойкой (поступательная).
Кинематические пары классифицируются по двум признакам [1,9, 14, 18].
1. По количеству ограничений, накладываемых кинематической парой на относительное движение звеньев, входящих в кинематическую пару. По этой классификации класс кинематической пары и равен количеству ограничений, накладываемых кинематической парой на относительное движение звеньев. Поскольку свободное тело в пространстве имеет 6 степеней свободы, то в принципе существует 5 классов кинематических пар. Однако практическое применение имеют как правило лишь пары 5, 4 и 3 класса.
|
|
2. По характеру контакта звеньев в кинематической паре. По этой классификации кинематические пары делятся на:
а) Низшие – такие, контакт в которых происходит по поверхности.
б) Высшие – такие, контакт в которых происходит по линии или в точке.
Здесь необходимо уточнить, что при классификации кинематических пар приняты следующие допущения:
а) Форма контактирующих поверхностей идеальна.
б) В кинематических парах отсутствуют зазоры.
На рис. 1.1 представлены примеры кинематических пар.
На рис 1.1а – кинематическая пара 5 класса, низшая. Она отнимает 5 степеней свободы, оставляя только одну – вращательную. Контакт между звеньями происходит по цилиндрической поверхности.
На рис 1.1б – кинематическая пара 4 класса, низшая. Она отнимает 4 степеней свободы, оставляя две – одну вращательную и одну поступательную. Контакт между звеньями происходит по цилиндрической поверхности.
На рис 1.1в – кинематическая пара 4 класса, высшая (зубчатое зацепление). Она отнимает 4 степеней свободы, оставляя две – возможность вращения колес и скольжения контактирующих поверхностей. Контакт между звеньями происходит по линии.
На рис 1.1г – кинематическая пара 3 класса, низшая (шаровой шарнир). Она отнимает все 3 поступательные степени свободы, оставляя три вращательных. Контакт между звеньями происходит по сферической поверхности.
Следующая структурная единица это кинематическая цепь – связная совокупность звеньев, образующих кинематические пары. Кинематические цепи в зависимости от расположения звеньев могут быть:
а) Плоские, т.е. такие, все движения звеньев которых происходят в одной или параллельных плоскостях (рис. 1.2а).
б) Пространственные (рис. 1.2б).
Кроме того, они могут быть:
а) Замкнутые (рис. 1.2а).
б) Разомкнутые (рис. 1.2б).
Теперь можно дать структурное определение механизма: механизмом называется кинематическая цепь, одно звено которой считается неподвижным. Т.е. механизм образуется из кинематической цепи закреплением одного из звеньев (рис. 1.2в,г,д). Это неподвижное звено называют стойкой и относительно него рассматриваются движения остальных звеньев.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 789; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!